Amortiguadores sísmicos asequibles para edificios residenciales y comerciales

El anillo de fuego es un cinturón volcánico que rodea el Océano Pacífico por tres lados, donde ocurren alrededor del 90% de los terremotos del mundo. Las casas a prueba de terremotos pueden proteger a las personas en esta área, sin embargo, la construcción a prueba de terremotos es complicada y, en consecuencia, costosa. Los científicos de la Universidad de Exeter ahora han encontrado una forma prometedora de mejorar los amortiguadores existentes, haciéndolos asequibles para las personas.

Caucho reforzado con fibra y acero
Hasta ahora, el aislamiento sísmico de las estructuras se logra mediante aisladores elastoméricos (EI) con capas alternas de acero llamadas SREI, que son rígidas verticalmente, pero flexibles horizontalmente y desacoplan la estructura y sus cimientos. El concepto de interponer esos dispositivos se conoce como aislamiento de base y permite que las estructuras sobrevivan a eventos sísmicos potencialmente devastadores.

Sin embargo, en la actualidad, el uso de la tecnología de aislamiento de base está restringido principalmente a edificios estratégicos, como el Ayuntamiento de San Francisco, debido a los altos costos asociados con su fabricación, envío, manejo e instalación. Para extender el uso de esta tecnología a edificios residenciales y comerciales, existe una búsqueda continua de nuevos materiales que darán como resultado dispositivos altamente eficientes, ultraligeros y de bajo costo.

En los últimos años se han propuesto materiales alternativos para sustituir las láminas de acero de SREI por fibra de vidrio o de carbono. Se observó experimentalmente que el refuerzo de fibra agrega una amortiguación por fricción significativa debido a que los hilos individuales en el haz de fibras se deslizan entre sí. Sin embargo, su comportamiento mecánico requiere más investigación antes de implementarse en estructuras nuevas y existentes de manera segura.

Se requieren conocimientos interdisciplinarios.
Una alternativa atractiva al uso de fibras para reforzar el caucho es el grafeno. Es una capa de carbono de un átomo de espesor y uno de los materiales más delgados y fuertes, que también es mecánicamente flexible. Las propiedades mecánicas superiores del grafeno ya han convertido a este material en uno de los mejores candidatos para varias aplicaciones emergentes , desde electrónica flexible hasta refuerzo excepcional en compuestos.

Se realizaron muchos estudios para determinar las propiedades mecánicas y eléctricas; sin embargo, solo hay unos pocos informes que incorporan grafeno en elastómeros. Maria Rosaria Marsico de la Universidad de Exeter explicó: “Esta investigación multidisciplinaria es un ejemplo exitoso de colaboración entre investigadores con conocimientos científicos complementarios. De hecho, requiere una variedad de habilidades y destrezas, desde ingeniería de materiales hasta física y dinámica estructural”.

Experimentos con resultados prometedores
Los experimentos demostraron que agregar una capa de grafeno sobre una almohadilla de goma aumenta la rigidez vertical de la muestra. En particular, la rigidez vertical aumenta más cuando se agrega una capa delgada de grafeno en comparación con una capa gruesa de grafeno. El caucho compuesto con la fina capa de grafeno también demostró un mejor comportamiento de amortiguación. Por lo tanto, se puede usar caucho natural en lugar del costoso caucho sintético con altas propiedades de amortiguación.

Marsico dijo: "Los dispositivos propuestos explotan las propiedades mecánicas del caucho y el grafeno de pocas capas para establecer una nueva tecnología innovadora que mejora la resistencia de las estructuras, crucial para sobrevivir a eventos sísmicos devastadores".

Se necesita más investigación
Estos resultados sientan las bases para expandir esta investigación a una nueva generación de dispositivos de protección de edificios. Pero solo un material con una concentración óptima de grafeno coincidiría con las propiedades mecánicas de un SREI típico, además de ser más liviano y, por lo tanto, más fácil de transportar e instalar. La búsqueda de futuras investigaciones es determinar la cantidad óptima de grafeno que se transferirá de manera homogénea en la almohadilla de goma que mejoraría sus propiedades mecánicas.

“Este trabajo muestra una forma de compuesto aumentada que cambia el juego con aplicación en zonas de grandes terremotos que tiene el verdadero potencial de remodelar nuestras ciudades mediante la recolección de aspectos únicos de la ciencia fundamental, los materiales emergentes y la ingeniería”, concluyó Marsico. "Confiamos en que nuestros resultados atraerán una atención considerable por parte de la amplia comunidad científica e industrial que trabaja en materiales compuestos funcionales".

Los esperamos este 21 al 24 de junio en el curso online: “Diseño Estructural de Edificaciones con Aislamiento Sísmico”, dirigido por el Ing. Christian Asmat, informes e inscripciones al siguiente link: https://capacitaciones.constructivo.com/curso/aisladores-y-disipadores-sismicos-en-edificaciones-627920ea38e6e